JP2017152129A - Thin battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シート状の電極群を含む薄型電池に関する。 The present invention relates to a thin battery including a sheet-like electrode group.
近年、生体貼付型装置、携帯電話機、音声録音再生装置、腕時計、動画および静止画撮影機、液晶ディスプレイ、電卓、ICカード、温度センサ、補聴器、感圧ブザーなどの小型の電子機器の電源として、薄型電池が用いられている。このような薄型電池には柔軟性が求められる。例えば、生体貼付型装置もしくはウェアラブル携帯端末に搭載される薄型電池は、生体の動きに追従するように変形することが求められる。そこで、外装体が屈曲部の内側で縮みやすく、外側で伸びやすくなるように、外装体に波形の凹凸を設けることが提案されている(特許文献1、2)。 In recent years, as a power source for small electronic devices such as bio-applied devices, mobile phones, audio recording / playback devices, watches, video and still image cameras, liquid crystal displays, calculators, IC cards, temperature sensors, hearing aids, pressure-sensitive buzzers, etc. Thin batteries are used. Such a thin battery is required to have flexibility. For example, a thin battery mounted on a biological sticking type device or a wearable portable terminal is required to be deformed so as to follow the movement of the living body. Therefore, it has been proposed to provide corrugated irregularities on the exterior body so that the exterior body is easily contracted inside the bent portion and easily stretched outside (Patent Documents 1 and 2).
薄型電池の外装体の内部は、電極群と非水電解質とを収納した状態で減圧されている。そのため、薄型電池の外観は、電極群の厚さが変化する段差部位に応じて凹凸を生じやすい。電極群の厚さが変化する段差部位では、薄型電池が屈曲するときに、亀裂が発生したり、凸形状の膨らみが生じたりしやすい。 The inside of the exterior body of the thin battery is decompressed in a state in which the electrode group and the nonaqueous electrolyte are accommodated. Therefore, the appearance of the thin battery tends to be uneven according to the stepped portion where the thickness of the electrode group changes. In the step portion where the thickness of the electrode group changes, when the thin battery is bent, a crack is likely to occur or a convex bulge is likely to occur.
上記を鑑み、本発明の一局面は、シート状の電極群と、前記電極群に含浸された非水電解質と、前記電極群および前記非水電解質を密閉収納する外装体と、を含み、前記電極群は、シート状の第1電極と、シート状の第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に配置されているセパレータと、を具備し、前記第1電極は、第1集電体シートおよび前記第1集電体シートに付着した第1活物質層を含み、前記第2電極は、第2集電体シートおよび前記第2集電体シートに付着した第2活物質層を含み、前記第1集電体シートは、前記第1集電体シートの一辺の一部から第1方向に延在する第1タブを含み、前記第1タブに前記外装体の外部に引き出される第1リードが接続されており、前記第2集電体シートは、前記第2集電体シートの一辺の一部から前記第1方向に延在する第2タブを含み、前記第2タブに前記外装体の外部に引き出される第2リードが接続されており、前記外装体は、前記第1リードおよび前記第2リードを挟持する封止代を有し、前記外装体は、前記第1活物質層および前記第2活物質層と対向する第1部位と、前記第1部位と前記封止代との間の第2部位と、を有し、前記第1部位が、平坦面を有するか、または前記第1方向と交わる複数の縞状の第1線状凸部を有し、前記第2部位が、前記第1方向と交わる少なくとも1つの第2線状凸部を有し、前記第1線状凸部の高さよりも前記第2線状凸部の高さが大きい、薄型電池に関する。 In view of the above, one aspect of the present invention includes a sheet-like electrode group, a nonaqueous electrolyte impregnated in the electrode group, and an exterior body that hermetically stores the electrode group and the nonaqueous electrolyte, The electrode group includes a sheet-like first electrode, a sheet-like second electrode, and a separator disposed between the first electrode and the second electrode, wherein the first electrode is The first current collector sheet includes a first active material layer attached to the first current collector sheet and the first current collector sheet, and the second electrode is a second current attached to the second current collector sheet and the second current collector sheet. An active material layer, and the first current collector sheet includes a first tab extending in a first direction from a part of one side of the first current collector sheet, and the first tab includes a first tab of the exterior body. A first lead drawn out is connected, and the second current collector sheet is connected to the second current collector sheet. A second tab extending in a first direction from a part of the side, and a second lead drawn out of the exterior body is connected to the second tab, and the exterior body includes the first lead And a sealing margin for sandwiching the second lead, and the exterior body includes a first portion facing the first active material layer and the second active material layer, the first portion, and the sealing margin. A second portion between the first portion, the first portion has a flat surface, or a plurality of striped first linear protrusions intersecting the first direction, and the second portion The present invention relates to a thin battery in which a portion has at least one second linear convex portion intersecting with the first direction, and the height of the second linear convex portion is larger than the height of the first linear convex portion.
本発明によれば、薄型電池が屈曲するときに、電極群の厚さが変化する段差部位で、亀裂が発生しにくく、かつ凸形状の膨らみが生じにくくなる。 According to the present invention, when a thin battery is bent, cracks are unlikely to occur at a step portion where the thickness of the electrode group changes, and a convex bulge is less likely to occur.
本発明の実施形態に係る薄型電池は、シート状の電極群と、電極群に含浸された非水電解質と、電極群および非水電解質を密閉収納する外装体とを具備する。電極群は、シート状の第1電極と、シート状の第2電極と、第1電極と第2電極との間に配置されているセパレータとを具備する。第1電極は、第1集電体シートおよび第1集電体シートに付着した第1活物質層を含む。第2電極は、第2集電体シートおよび第2集電体シートに付着した第2活物質層を含む。第1集電体シートは、第1集電体シートの一辺の一部から第1方向に延在する第1タブを有し、第2集電体シートは、第2集電体シートの一辺の一部から第1方向に延在する第2タブを含む。 A thin battery according to an embodiment of the present invention includes a sheet-like electrode group, a nonaqueous electrolyte impregnated in the electrode group, and an exterior body that hermetically stores the electrode group and the nonaqueous electrolyte. The electrode group includes a sheet-like first electrode, a sheet-like second electrode, and a separator disposed between the first electrode and the second electrode. The first electrode includes a first current collector sheet and a first active material layer attached to the first current collector sheet. The second electrode includes a second current collector sheet and a second active material layer attached to the second current collector sheet. The first current collector sheet has a first tab extending in a first direction from a part of one side of the first current collector sheet, and the second current collector sheet is one side of the second current collector sheet. A second tab extending in a first direction from a portion of the first tab.
第1タブには、外装体の外部に引き出される第1リードが接続されており、第2タブには、外装体の外部に引き出される第2リードが接続されており、外装体は、第1リードおよび第2リードを挟持する封止代を有する。 A first lead drawn out of the exterior body is connected to the first tab, and a second lead drawn out of the exterior body is connected to the second tab. It has a sealing margin for sandwiching the lead and the second lead.
なお、外装体の封止代とは、例えば、二枚のフィルム材の周縁部を接合して外装体を形成する場合、もしくは一枚のフィルム材を折り畳んで折り目以外の周縁部を接合して外装体を形成するときの周縁部をいう。例えば外装体の外形が矩形もしくは矩形に近い形状であれば、4つの辺のうちの一つに沿う周縁部が第1リードおよび第2リードを挟持する封止代となる。 Note that the sealing allowance of the outer package is, for example, when the outer package is formed by bonding the peripheral portions of two film materials, or the peripheral portions other than the folds are bonded by folding one film material. The peripheral part when forming an exterior body. For example, if the outer shape of the exterior body is a rectangle or a shape close to a rectangle, the peripheral edge along one of the four sides serves as a sealing margin for sandwiching the first lead and the second lead.
外装体は、第1活物質層および第2活物質層と対向する第1部位と、第1部位と封止代との間の第2部位と、を有する。第2部位は、通常、第1集電体シートの第1活物質層を有さない領域および第2集電体シートの第2活物質層を有さない領域(特に第1タブおよび第2タブ)と対向しており、第1リードの少なくとも一部および第2リードの少なくとも一部とも対向している。 The exterior body has a first part facing the first active material layer and the second active material layer, and a second part between the first part and the sealing allowance. The second part is usually a region of the first current collector sheet that does not have the first active material layer and a region of the second current collector sheet that does not have the second active material layer (particularly the first tab and the second Tab) and at least part of the first lead and at least part of the second lead.
ここで、第1部位は、平坦面を有するか、または第1方向と交わる複数の縞状の第1線状凸部を有する。第2部位は、第1方向と交わる少なくとも1つの第2線状凸部を有する。第1部位は、複数の第1線状凸部を有さなくてもよい。ただし、第1部位が複数の第1線状凸部を有する場合には、第1線状凸部の高さよりも第2線状凸部の高さを大きくする。なお、第2部位に第2線状凸部が2つ以上設けられている場合、少なくとも1つの第2線状凸部の高さが、最も高さの大きい第1線状凸部の高さより大きければよい。 Here, the first portion has a flat surface or a plurality of striped first linear convex portions intersecting with the first direction. The second part has at least one second linear protrusion intersecting with the first direction. The first part may not have a plurality of first linear protrusions. However, when the first part has a plurality of first linear protrusions, the height of the second linear protrusions is made larger than the height of the first linear protrusions. In addition, when two or more 2nd linear convex parts are provided in the 2nd site | part, the height of at least 1 2nd linear convex part is higher than the height of the 1st linear convex part with the largest height. It only needs to be large.
線状凸部は、細長い隆起部またはリブ(rib)もしくは畝(ridge)のような形状を有する。線状凸部が複数設けられる場合には、隣接する線状凸部間に凹部が形成される。凹部は、細長い窪みもしくは溝(groove)のような形状を有する。縞状に設けられた複数の線状凸部は、必ず凹部を含み、その断面は波形を呈する。よって、縞状に設けられた複数の第1線状凸部の断面は波形である。第2線状凸部は、少なくとも1つ存在すればよいが、第1線状凸部のように断面が波形になるように、縞状に複数の第2線状凸部を設けてもよい。複数の第1線状凸部の高さは、概ね均一であることが望ましく、全ての第1線状凸部の平均(m1)と標準偏差(σ1)とが0.9≦(m1−σ1)/m1を満たすことが望ましい。同様に、複数の第2線状凸部の高さは、概ね均一であることが望ましく、全ての第2線状凸部の平均(m2)と標準偏差(σ2)とが0.9≦(m2−σ2)/m2を満たすことが望ましい。 The linear protrusion has an elongated ridge or a shape like a rib or a ridge. When a plurality of linear convex portions are provided, a concave portion is formed between adjacent linear convex portions. The recess has a shape like an elongated recess or a groove. The plurality of linear convex portions provided in stripes always include a concave portion, and the cross section exhibits a waveform. Therefore, the cross section of the several 1st linear convex part provided in stripe form is a waveform. It is sufficient that at least one second linear convex portion exists, but a plurality of second linear convex portions may be provided in a striped manner so that the cross-section is corrugated like the first linear convex portion. . It is desirable that the heights of the plurality of first linear protrusions are substantially uniform, and the average (m1) and standard deviation (σ1) of all the first linear protrusions is 0.9 ≦ (m1−σ1). ) / M1 is desirable. Similarly, it is desirable that the heights of the plurality of second linear protrusions are substantially uniform, and the average (m2) and standard deviation (σ2) of all the second linear protrusions is 0.9 ≦ ( It is desirable to satisfy m2-σ2) / m2.
薄型電池は、通常、第1部位と第2部位との境界に、電極群の厚さの変化に応じた段差を有する。第1部位と第2部位との境界では、外装体に不可避の変形が生じている。第2部位に第2線状凸部を設けない場合、薄型電池が屈曲するときに、変形箇所が起点となって亀裂や膨らみの不具合が生じることが多い。一方、第2部位に第2線状凸部を設ける場合には、薄型電池が屈曲するときの応力は、第2線状凸部または隣接する第2線状凸部間の凹部の幅が拡大または縮小することで緩和される。よって、亀裂や膨らみの不具合が発生しにくくなる。 A thin battery usually has a step corresponding to a change in the thickness of the electrode group at the boundary between the first part and the second part. At the boundary between the first part and the second part, inevitable deformation occurs in the exterior body. When the second linear convex portion is not provided in the second portion, when the thin battery is bent, a defect such as a crack or a bulge often occurs starting from the deformed portion. On the other hand, when the second linear convex portion is provided at the second portion, the stress when the thin battery is bent increases the width of the concave portion between the second linear convex portion or the adjacent second linear convex portions. Or it can be alleviated by shrinking. Thus, cracks and swelling problems are less likely to occur.
第1線状凸部および第2線状凸部は、いずれも第1方向と交わるように形成される。第1線状凸部および第2線状凸部が延びる方向を第2方向とするとき、第1方向と第2方向とが成す角度は、80〜100度(°)が好ましく、90度であることがより好ましい。これにより、第1方向に沿って薄型電池が屈曲するときに、より屈曲しやすくなる。また、電極群の厚さが変化する段差部位で、より亀裂が発生しにくく、かつ凸形状の膨らみが生じにくくなる。 Both the first linear convex portion and the second linear convex portion are formed so as to cross the first direction. When the direction in which the first linear convex portion and the second linear convex portion extend is the second direction, the angle formed by the first direction and the second direction is preferably 80 to 100 degrees (°), and is 90 degrees. More preferably. Thereby, when a thin battery bends along the first direction, it becomes easier to bend. In addition, cracks are less likely to occur at the step portions where the thickness of the electrode group changes, and convex bulges are less likely to occur.
各電極の活物質層と対向する第1部位は、外装体内が減圧されることで電極群に張り付いているため、亀裂や膨らみの不具合を生じにくい。よって、第1部位は、縞状に設けられた複数の第1線状凸部を有さなくてもよい。第1部位が平坦面を有する場合、平坦面は概ね平坦であればよく、僅かな凹凸が存在してもよい。ただし、平坦面であるというためには、そのような凹凸が有する段差は10μm以下が望ましく、5μm以下がより望ましい。第1部位の全面が平坦である必要はないが、第1部位の全面が平坦な場合、薄型電池の製造が容易になる。 Since the first portion of each electrode facing the active material layer is stuck to the electrode group by reducing the pressure inside the outer package, it is difficult to cause defects such as cracks and swelling. Therefore, the 1st part does not need to have a plurality of 1st line convex parts provided in stripes. In the case where the first portion has a flat surface, the flat surface may be substantially flat, and slight unevenness may exist. However, in order to say that it is a flat surface, the level | step difference which such an unevenness | corrugation has is desirably 10 μm or less and more desirably 5 μm or less. Although it is not necessary for the entire surface of the first part to be flat, when the entire surface of the first part is flat, it is easy to manufacture a thin battery.
第1部位が複数の縞状の第1線状凸部を有する場合、薄型電池が屈曲するときの亀裂や膨らみの不具合を抑制するには、第1線状凸部の高さよりも第2線状凸部の高さを大きくして、第2部位の凹凸を優先的に応力緩和に関与させることが望ましい。これにより、上記不具合を抑制できるだけでなく、電池の厚さが第1線状凸部によって過度に大きくなることも回避される。第1線状凸部の高さは、できるだけ小さいことが望ましい。 In the case where the first portion has a plurality of striped first linear protrusions, the second line is higher than the height of the first linear protrusions in order to suppress defects such as cracks and swelling when the thin battery is bent. It is desirable to increase the height of the convex portion so that the unevenness of the second part is preferentially involved in stress relaxation. Thereby, not only can the above-mentioned problem be suppressed, but also the thickness of the battery can be avoided from being excessively increased by the first linear protrusions. It is desirable that the height of the first linear protrusion is as small as possible.
第1線状凸部および第2線状凸部の高さは、線状凸部を第2方向から見たときの断面形状を正弦波と見なしたときの正弦波の振幅に相当する。すなわち、線状凸部の高さは、隣接する凹部の底部(外装体の電池内面側の表面)と凸部の頂部(外装体の電池外面側の表面)との高低差に相当する。線状凸部に隣接する2つの凹部の底部のレベルが異なる場合には、それぞれの凹部の底部と凸部の頂部との高低差を求め、2つの値の平均値として線状凸部の高さを求めればよい。 The heights of the first linear protrusion and the second linear protrusion correspond to the amplitude of the sine wave when the cross-sectional shape when the linear protrusion is viewed from the second direction is regarded as a sine wave. That is, the height of the linear convex portion corresponds to a difference in height between the bottom of the adjacent concave portion (surface on the battery inner surface side of the outer package) and the top of the convex portion (surface on the outer surface of the outer battery body). When the level of the bottom of the two concave portions adjacent to the linear convex portion is different, the height difference between the bottom of each concave portion and the top of the convex portion is obtained, and the height of the linear convex portion is obtained as an average value of the two values. What is necessary is just to ask for it.
好ましい形態では、電極群の厚さ方向において、第2線状凸部の高さの中心点は、第1部位の最外部よりも中央寄りに位置している。これにより、第2線状凸部が過度に突出することがなく、薄型電池を使用機器に搭載しやすくなる。また、第2線状凸部の頂部が第1部位の最外部よりも突出している場合でも、突出の程度が小さく、かつ第2線状凸部は柔軟性を有するため、使用機器に搭載する際の妨げとはなりにくい。なお、第2線状凸部が2つ以上設けられている場合には、最も高い第2線状凸部の中心点が、第1部位の最外部よりも中央寄りに位置していればよい。 In a preferred embodiment, the center point of the height of the second linear protrusion is located closer to the center than the outermost part of the first part in the thickness direction of the electrode group. Thereby, a 2nd linear convex part does not protrude excessively, and it becomes easy to mount a thin battery in a use apparatus. Further, even when the top of the second linear protrusion protrudes beyond the outermost part of the first part, the degree of protrusion is small, and the second linear protrusion has flexibility, so that it is mounted on the device used. It is hard to be a hindrance. In addition, when two or more 2nd linear convex parts are provided, the center point of the highest 2nd linear convex part should just be located in the center rather than the outermost part of a 1st site | part. .
ここで、第2線状凸部の高さの中心点とは、第2線状凸部に隣接する凹部の底部から凸部の頂部までの高さの半分の高さに位置する点である。隣接する2つの凹部の底部のレベルが異なる場合には、それぞれの凹部の底部から凸部の頂部までの高さの半分の高さに位置する点を求め、2つの点の中間点を中心点として求めればよい。 Here, the center point of the height of the second linear convex portion is a point located at half the height from the bottom of the concave portion adjacent to the second linear convex portion to the top of the convex portion. . If the levels of the bottoms of two adjacent recesses are different, find a point located at half the height from the bottom of each recess to the top of the projection, and center the midpoint between the two points As long as you ask.
第1部位の最外部とは、第1部位を構成する外装体の外面側の表面であり、電極群の厚さ方向の中央から最も離れた部位である。第1部位が第1線状凸部を有する場合には、最も高い第1線状凸部の頂部が第1部位の最外部である。また、第1部位が第1線状凸部を有さず、平坦である場合には、通常、第1部位を構成する外装体の外面側の表面の任意の点が第1部位の最外部である。 The outermost part of the first part is a surface on the outer surface side of the exterior body constituting the first part, and is the part farthest from the center in the thickness direction of the electrode group. When the first part has the first linear convex part, the top of the highest first linear convex part is the outermost part of the first part. In addition, when the first part does not have the first linear protrusion and is flat, usually, any point on the outer surface side of the exterior body constituting the first part is the outermost part of the first part. It is.
より好ましい形態では、電極群の厚さ方向において、第2線状凸部の頂部は、第1部位の最外部よりも中央寄りに位置している。これにより、第2線状凸部が薄型電池の主要部から突出することがなく、薄型電池を使用機器に更に搭載しやすくなる。なお、第2線状凸部が2つ以上設けられている場合には、最も高い第2線状凸部の頂部が、第1部位の最外部よりも中央寄りに位置していればよい。 In a more preferred embodiment, the top of the second linear convex portion is located closer to the center than the outermost portion of the first portion in the thickness direction of the electrode group. Thereby, the 2nd linear convex part does not protrude from the principal part of a thin battery, and it becomes easier to mount a thin battery in a use apparatus. In addition, when two or more 2nd linear convex parts are provided, the top part of the highest 2nd linear convex part should just be located near the center rather than the outermost part of a 1st site | part.
薄型電池の厚さは、特に限定されないが、柔軟性を考慮すると、3mm以下、さらには2mm以下もしくは1.5mm以下であることが好ましい。薄型電池の厚さの下限は、例えば50μmである。 The thickness of the thin battery is not particularly limited, but considering flexibility, it is preferably 3 mm or less, more preferably 2 mm or less, or 1.5 mm or less. The lower limit of the thickness of the thin battery is, for example, 50 μm.
非水電解質の少なくとも一部が、ゲル電解質を形成している場合、ゲル電解質により、第1活物質層とセパレータとの間、および、第2活物質層とセパレータとの間を接着することができる。これにより、電極群の曲げ性能は高められるが、一方で、電池を大きく曲げた際には外装体にかかる負荷は大きくなりやすい。このような場合、第2部位に設けられた第2線状凸部は、外装体にかかる負荷を緩和する顕著な効果を発揮する。 When at least a part of the non-aqueous electrolyte forms a gel electrolyte, the gel electrolyte can adhere the first active material layer and the separator and the second active material layer and the separator. it can. Thereby, although the bending performance of an electrode group is improved, on the other hand, when a battery is greatly bent, the load applied to an exterior body tends to increase. In such a case, the 2nd linear convex part provided in the 2nd site | part demonstrates the remarkable effect which relieve | moderates the load concerning an exterior body.
本発明の実施形態に係る電池搭載デバイスは、上記薄型電池と、薄型電池からの電力供給により駆動される可撓性を有する電子機器を具備し、薄型電池と電子機器とが一体となってシート化されている。薄型電池と一体となってシート化される電子機器としては、例えば、生体貼付型装置もしくはウェアラブル(wearable)携帯端末、携帯電話機、音声録音再生装置、腕時計、動画および静止画撮影機、液晶ディスプレイ、電卓、ICカード、温度センサ、補聴器、感圧ブザーなどが挙げられる。特に、生体貼付型装置は、生体に密着した状態で使用されるため、可撓性が要求される。生体貼付型装置としては、生体情報測定装置、イオントフォレシス経皮投薬装置などが挙げられる。 A battery-mounted device according to an embodiment of the present invention includes the thin battery and a flexible electronic device driven by power supply from the thin battery, and the thin battery and the electronic device are integrated into a sheet. It has become. Electronic devices that are integrated into a sheet with a thin battery include, for example, a bio-applied device or a wearable mobile terminal, a mobile phone, a voice recording / playback device, a wristwatch, a video and still image camera, a liquid crystal display, Calculators, IC cards, temperature sensors, hearing aids, pressure-sensitive buzzers, etc. In particular, the bio-applied device is required to be flexible because it is used in close contact with a living body. Examples of the biological sticking type device include a biological information measuring device and an iontophoresis transdermal dosage device.
シート状の電池搭載デバイスの厚さは、薄型電池より厚くてもよいが、5mm以下が好ましく、3mm以下がより好ましい。電池搭載デバイスの厚さが5mm程度以下であれば、比較的良好な柔軟性が得られる。電池搭載デバイスの厚さの下限は、例えば50μmである。 The thickness of the sheet-like battery-mounted device may be thicker than that of the thin battery, but is preferably 5 mm or less, and more preferably 3 mm or less. If the thickness of the battery-mounted device is about 5 mm or less, relatively good flexibility can be obtained. The lower limit of the thickness of the battery-mounted device is, for example, 50 μm.
電極群の構成は、特に限定されないが、例えば以下を挙げることができる。
最もシンプルな構造の電極群は、1つの第1電極と、1つの第2電極と、第1電極と第2電極との間に介在するセパレータとを具備する。この場合、第1電極は、第1集電体シートおよびその一方の表面に付着した第1活物質層を含む片面電極であり得る。第2電極も、第2集電体シートおよびその一方の表面に付着した第2活物質層を含む片面電極であり得る。
Although the structure of an electrode group is not specifically limited, For example, the following can be mentioned.
The electrode group having the simplest structure includes one first electrode, one second electrode, and a separator interposed between the first electrode and the second electrode. In this case, the first electrode may be a single-sided electrode including the first current collector sheet and the first active material layer attached to one surface thereof. The second electrode may also be a single-sided electrode including a second current collector sheet and a second active material layer attached to one surface thereof.
次にシンプルな構造の電極群は、1つの第1電極と、第1電極を挟持する2つの第2電極とを含む3層構造を有する。このような薄型電池は、厚さが小さく、かつ十分に実用的な容量を備える。この場合、第2電極は、第2集電体シートおよびその一方の表面に付着した第2活物質層を含む片面電極であり得る。一方、第1電極は、第1集電体シートおよびその両方の表面に付着した第1活物質層を含む両面電極であり得る。 Next, the electrode group having a simple structure has a three-layer structure including one first electrode and two second electrodes sandwiching the first electrode. Such a thin battery has a small thickness and a sufficiently practical capacity. In this case, the second electrode may be a single-sided electrode including the second current collector sheet and the second active material layer attached to one surface thereof. On the other hand, the first electrode may be a double-sided electrode including a first current collector sheet and a first active material layer attached to both surfaces.
別の構造の電極群は、例えば、2つ以上の第1電極と、3つ以上の第2電極とを具備し、第1電極と第2電極とが交互に積層されている。このような電極群のうち、最もシンプルな構造は、2つの第1電極と、2つの第1電極の間に介在する1つの第2電極と、2つの第1電極の外側にそれぞれ1つずつ配置された第2電極とを含む。このような薄型電池は、厚さが小さいだけでなく、高容量を備える。この場合、第1電極は、第1集電体シートおよびその両方の表面に付着した第1活物質層を含む両面電極であり得る。2つの第1電極の間に介在する1つの第2電極も、第2集電体シートおよびその両方の表面に付着した第2活物質層を含む両面電極であり得る。一方、最外にそれぞれ配置される第2電極は、第2集電体シートおよびその一方の表面に付着した第2活物質層を含む片面電極であり得る。 The electrode group having another structure includes, for example, two or more first electrodes and three or more second electrodes, and the first electrodes and the second electrodes are alternately stacked. Among such electrode groups, the simplest structure has two first electrodes, one second electrode interposed between the two first electrodes, and one each outside the two first electrodes. And a second electrode disposed. Such a thin battery has not only a small thickness but also a high capacity. In this case, the first electrode may be a double-sided electrode including a first current collector sheet and a first active material layer attached to both surfaces. One second electrode interposed between the two first electrodes may also be a double-sided electrode including a second current collector sheet and a second active material layer attached to both surfaces thereof. On the other hand, the second electrodes arranged on the outermost sides may be single-sided electrodes including a second current collector sheet and a second active material layer attached to one surface thereof.
以下、本発明の実施形態を更に詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は、発明の範囲を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail. However, the following embodiments do not limit the scope of the invention.
(第1実施形態)
次に、本発明の第1実施形態に係る薄型電池について、図1および図2を参照しながら説明する。図1は薄型電池の外装体の一部を切り欠いた平面図であり、図2は、薄型電池の要部を示す縦断面図である。なお、図2は、図1に示す薄型電池のII−II線矢視断面図に相当する。
(First embodiment)
Next, the thin battery according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view in which a part of an outer package of a thin battery is cut out, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a main part of the thin battery. 2 corresponds to a cross-sectional view taken along the line II-II of the thin battery shown in FIG.
薄型電池100は、電極群103と、非水電解質(図示せず)と、これらを収納する外装体108とを備える。電極群103は、1つの第1電極110と、第1電極110を挟持する一対の第2電極120とを含み、第1電極110と第2電極120との間にはセパレータ107が介在している。第1電極110は、第1集電体シート111およびその両方の表面に付着した第1活物質層112を含む。第2電極120は、第2集電体シート121およびその一方の表面に付着した第2活物質層122を含む。
The
第1集電体シート111は、その一辺から延在する第1タブ114を有する。第1タブ114には第1リード113が接続され、第1リード113は外装体108の外部に引き出されている。
The first
同様に、第2集電体シート121は、その一辺から延在する第2タブ124を有する。一対の第2集電体シート121の第2タブ124は、互いに重ねられ、例えば溶接により電気的に接続される。これにより、集合タブ124Aが形成される。集合タブ124Aには、第2リード123が接続され、第2リード123は外装体108の外部に引き出されている。
Similarly, the second
外装体108の外部に導出された第1リード113および第2リード123の端部は、それぞれ第1外部端子または第2外部端子として機能する。外装体108と各リードとの間には、密閉性を高めるためにシール材130を介在させることが望ましい。シール材130には、熱溶着性を有する熱可塑性樹脂を用いることができる。
End portions of the
図1において、電極群103は概ね矩形で示されているが、電極群103の形状は、これに限定されない。タブを除く電極の形状は、タブが突出する直線部分を有する形状であればよく、矩形(正方形を含む)、台形、平行四辺形、一部に直線部分を有する略楕円形、少なくとも一つの丸角を有する略矩形、略台形、略平行四辺形などが挙げられる。生産性の観点からは、矩形または略矩形が好ましい。電極群が矩形または略矩形である場合、その長辺と短辺との長さの比は、例えば、長辺:短辺=1:1〜8:1である。通常、長辺に沿った方向は、タブが延在する第1方向である。
In FIG. 1, the
タブの形状も特に限定されない。タブの形状は、例えば、矩形(正方形を含む)、台形、平行四辺形、半円形、半楕円形、先端が円弧状の矩形、少なくとも一つの丸角を有する略矩形、略台形、略平行四辺形などである。 The shape of the tab is not particularly limited. The shape of the tab is, for example, a rectangle (including a square), a trapezoid, a parallelogram, a semicircle, a semi-ellipse, a rectangle with an arc at the tip, a substantially rectangle having at least one round corner, a substantially trapezoid, and a substantially parallelogram. Such as shape.
図2に示すように、外装体108は、第1活物質層112および第2活物質層122と対向する第1部位108Aと、第1集電体シート111の第1活物質層112を有さない領域(特に第1タブ114)と第1リード113の一部および第2集電体シート121の第2活物質層122を有さない領域(特に第2タブ124)と第2リード123の一部と対向する第2部位108Bと、に区分することができる。
As shown in FIG. 2, the
なお、各タブと各リードとの接続位置は図示例に限られない。例えば、各タブと各リードとの接続位置は、各活物質層の端部に、より近くてもよい。すなわち、外装体の第2部位の大半の領域を第1リードおよび第2リードと対向させてもよい。この場合、第1タブおよび第2タブと第2部位との対向領域は、より小さくてもよい。 The connection position between each tab and each lead is not limited to the illustrated example. For example, the connection position between each tab and each lead may be closer to the end of each active material layer. That is, you may make most area | regions of the 2nd site | part of an exterior body oppose a 1st lead and a 2nd lead. In this case, the opposing region between the first tab and the second tab and the second portion may be smaller.
図示例では、第1部位108Aは、第1方向と垂直に交わるように縞状に設けられた複数の第1線状凸部108aを有する。第2部位108Bは、第1方向と垂直に交わるように縞状に設けられた複数の第2線状凸部108bを有する。第2線状凸部108bの高さは第1線状凸部108aの高さよりも大きく形成されている。
In the illustrated example, the
薄型電池100が屈曲するときには、第1線状凸部108aよりも優先的に、第2線状凸部108bまたは隣接する第2線状凸部108b間の凹部の幅が拡大または縮小する。第1線状凸部108aも同様に作用すると考えられるが、第1部位108Aが電極群103に比較的強固に密着しているため、外装体の応力緩和には寄与しにくいものと考えられる。第2線状凸部108bは、少なくとも1つ形成されていればよい。ただし、電極群103の段差部位において、外装体108の亀裂や凸形状の膨らみを抑制する効果を高める観点からは、2つ以上、更には3つ以上の第2線状凸部108bを形成するが望ましい。
When the
図3は、図2中に描かれる外装体108だけを概念的に抽出した図であり、電極群103の厚さ方向における第1線状凸部108aと第2線状凸部108bとの位置関係を示している。
図3中、ラインLaは、第1部位108Aの最外部、すなわち最も高い第1線状凸部108a(max)の頂部(外装体の電池外面側の表面)のレベルを示している。ラインLbは、第1線状凸部108a(max)に隣接する凹部の底部(外装体の電池内面側の表面)のレベルを示している。図示例では、ラインLaとラインLbとの高低差(間隔)haはほぼ同じであり、高低差haが第1線状凸部108a(max)の高さに相当する。
FIG. 3 is a diagram conceptually extracting only the
In FIG. 3, the line La indicates the level of the outermost portion of the
図3中、ラインLAは、第2部位108Bに形成されている最も高い第2線状凸部108b(max)の頂部(外装体の電池外面側の表面)のレベルを示している。ラインLBは、第2線状凸部108b(max)に隣接する凹部の底部(外装体の電池内面側の表面)のレベルを示している。図示例では、ラインLAとラインLBとの高低差(間隔)hbはほぼ同じであり、高低差hbが第2線状凸部108b(max)の高さに相当する。ラインLCは、第2線状凸部108b(max)の中心点のレベルを示す。
In FIG. 3, line LA indicates the level of the top (surface on the battery outer surface side of the outer package) of the highest second
ラインLAは、第1部位108Aの最外部のレベルを示すラインLaよりも電極群103の中央寄りに位置している。このとき、ラインLaとラインLAとの高低差(間隔)Δhが小さいほど、第2線状凸部108bの相対的な高さは大きくなり、応力緩和の効果が高くなる。
The line LA is located closer to the center of the
第2線状凸部108b(max)の高さhbと、第1線状凸部108a(max)の高さhaとの比:hb/haは、1より大きければよいが、応力緩和の効果を高める観点から、hb/ha比は1<hb/ha≦5を満たすことが望ましく、1<hb/ha≦10を満たすことがより望ましい。
The ratio of the height hb of the second
第1線状凸部108aのピッチ(隣接する第1線状凸部108aの間隔)Paは、特に限定されないが、例えば0.5〜3.0mmであればよい。第2線状凸部108bのピッチ(隣接する第2線状凸部108bの間隔)Pbも特に限定されないが、例えば0.5〜3.0mmであればよい。各ピッチは一定でなくてもよい。Paは全ての隣接する第1線状凸部108a間のピッチの平均値として求めればよい。Pbは全ての隣接する第2線状凸部108b間のピッチの平均値として求めればよい。
The pitch (interval between adjacent first
第1線状凸部108aおよび第2線状凸部108bは、例えば、外装体の素材であるフィルム材の第1部位108Aおよび第2部位108Bに対応する部位を、第1線状凸部108aおよび/または第2線状凸部108bに対応する複数の稜線および複数の谷線を有する金型で1回以上プレス加工することにより形成することができる。次に、第1線状凸部108aが形成された第1部位108Aおよび第2線状凸部108bが形成された第2部位108Bを具備するフィルム材から封筒状の外装体108が成形される。ただし、第1線状凸部108aおよび/または第2線状凸部108bの形成方法は、これに限定されない。
For example, the first linear
外装体108の開口から第1リード113および第2リード123の端部が導出された状態で外装体108に電極群103を収容し、減圧下で電極群103に非水電解質を含浸させる工程が行なわれる。外装体108の開口端部と各リードとの間にシール材130を介在させて減圧下でシール材130を加熱し、外装体108の開口を封口すれば、密閉状態の薄型電池が得られる。
The step of accommodating the
(第2実施形態)
図4は、第2実施形態に係る薄型電池100Xの要部を概念的に示す縦断面図である。第1実施形態と同じ要素には同じ符号を付して示す。本実施形態に係る薄型電池100Xは、外装体の第2部位108Bと電極群103との間に、少なくとも1つのスペーサ131を具備する。スペーサ131は、第2線状凸部108bに対応する形状の線状部材または線状凸部を有する部材であり、第2線状凸部108bの内側に沿って配置されている。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a longitudinal sectional view conceptually showing a main part of the
薄型電池の製造工程は、減圧下で非水電解質を電極群103に含浸させたり、減圧下でシール材130を加熱して外装体108の開口を封口したりする工程を有する。外装体108は、このような減圧下での作業中にスペーサ131の形状に沿って変形する。これにより、スペーサ131の形状に沿った第2線状凸部108bが形成される。スペーサ131を用いることで、第2線状凸部108bの形状、数、高さなどを制御することが容易となる。
The manufacturing process of the thin battery includes a step of impregnating the
スペーサ131の材質は、特に限定されないが、熱溶着性を有する熱可塑性樹脂が好ましい。熱溶着性を有する熱可塑性樹脂で形成されたスペーサ131は、電極群103もしくはタブの任意の部位に熱溶着により固定することができる。よって、製造中、または電池を屈曲した際にスペーサ131が所望の位置から移動したり、脱落したりすることを防止できる。熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体などを用いることができる。なお、図示例では、スペーサ131が集合タブ124Aに固定された複数の線状部材である場合を示したが、これに限定されない。例えば、複数の線状凸部を有する板状部材をスペーサとして用いてもよい。また、線状部材を1つだけ用いて第2線状凸部を1つだけ形成してもよい。
The material of the
なお、上記第2実施形態では、スペーサを電池内部に収容する場合について説明したが、例えば非水電解質を電極群に含浸させるときや、外装体108の開口を封口するときの減圧下での作業中に、外装体108の第2部位108Bに電池の外部から治具で外力を加えてもよい。これにより、治具の形状に沿って外装体が変形し、その後も変形が維持されて第2線状凸部108bが形成される。例えば、減圧前は外装体108に緩みがあるため、外装体108の一部を電池の外部側から2枚の板状治具の間に挟み込むことが可能である。このとき、第2部位108Bに線状の皺が形成されるように外装体108が変形する。その後、減圧下での作業が終了し、減圧が開放された後にも変形が維持され、皺状の第2線状凸部108bが形成される。
In the second embodiment, the case where the spacer is accommodated in the battery has been described. However, for example, when the electrode group is impregnated with the non-aqueous electrolyte, or when the opening of the
(第3実施形態)
図5は、第3実施形態に係る薄型電池100Yの要部を概念的に示す縦断面図である。ここでも、第1実施形態と同じ(もしくは対応する)要素には同じ符号を付して示す。本実施形態に係る薄型電池100Yは、2つの第1電極110と、2つの第1電極110の間に介在する1つの第2電極120と、2つの第1電極110の外側にそれぞれ1つずつ配置された第2電極120とを含む。第1電極110は、第1集電体シート111およびその両方の表面に付着した第1活物質層112を含む。2つの第1電極110の間に介在する1つの第2電極120も、第2集電体シート121およびその両方の表面に付着した第2活物質層122を含む。一方、最外にそれぞれ配置される第2電極120は、第2集電体シート121およびその一方の表面に付着した第2活物質層122を含む片面電極である。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a longitudinal sectional view conceptually showing a main part of the
薄型電池100Yの外装体108の第1部位108Aは平坦であり、第1線状凸部を有さない。このような場合でも、薄型電池100Yが屈曲するときには、第2線状凸部108bまたは隣接する第2線状凸部108b間の凹部の幅が拡大または縮小するため、電極群103の段差部位では外装体108に亀裂が発生しにくく、かつ凸形状の膨らみも生じにくい。なお、第2線状凸部108bの本数は、第1実施形態に係る薄型電池100に比べて少なくなっているが、第2部位108Bは比較的緩やかに電極群103に接触しているため、充分な応力緩和の効果を発揮する。
The
ただし、第2線状凸部108bの高さが大きいほど応力緩和の効果が大きくなる。よって、図5中、最も高い第2線状凸部108b(max)の頂部のレベルを示すラインLAと、第1部位の最外部のレベルを示すラインLaとの高低差(間隔)Δhは小さいほど望ましい。例えばΔhは、第2線状凸部108b(max)の高さhbの50%以下であることが望ましく、0〜30%であることがより望ましい。
However, the effect of stress relaxation increases as the height of the second
次に、電極群を構成する電極、リード、セパレータ、非水電解質、外装体などについて説明する。
(負極)
負極は、第1または第2集電体シートとしての負極集電体シートと、第1または第2活物質層としての負極活物質層とを有する。負極集電体シートには、金属フィルム、金属箔などが用いられる。負極集電体シートの材料は、銅、ニッケル、チタンおよびこれらの合金ならびにステンレス鋼からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。負極集電体シートの厚みは、例えば5〜30μmであることが好ましい。
Next, an electrode, a lead, a separator, a nonaqueous electrolyte, an exterior body, and the like constituting the electrode group will be described.
(Negative electrode)
The negative electrode has a negative electrode current collector sheet as the first or second current collector sheet and a negative electrode active material layer as the first or second active material layer. A metal film, metal foil, etc. are used for a negative electrode collector sheet. The material of the negative electrode current collector sheet is preferably at least one selected from the group consisting of copper, nickel, titanium and alloys thereof, and stainless steel. The thickness of the negative electrode current collector sheet is preferably 5 to 30 μm, for example.
負極活物質層は、負極活物質を含み、必要に応じて結着剤と導電剤を含む。負極活物質層は、気相法(例えば蒸着)で形成される堆積膜でもよい。負極活物質としては、Li金属、Liと電気化学的に反応する金属もしくは合金、炭素材料(例えば黒鉛)、ケイ素合金、ケイ素酸化物などが挙げられる。負極活物質層の厚みは、例えば1〜300μmであることが好ましい。 The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material, and includes a binder and a conductive agent as necessary. The negative electrode active material layer may be a deposited film formed by a vapor phase method (for example, vapor deposition). Examples of the negative electrode active material include Li metal, a metal or alloy that electrochemically reacts with Li, a carbon material (for example, graphite), a silicon alloy, and a silicon oxide. The thickness of the negative electrode active material layer is preferably 1 to 300 μm, for example.
(正極)
正極は、第1または第2集電体シートとしての正極集電体シートと、第1または第2活物質層としての正極活物質層とを有する。正極集電体シートには、金属フィルム、金属箔などが用いられる。正極集電体シートの材料は、例えば、銀、ニッケル、パラジウム、金、白金、アルミニウムおよびこれらの合金ならびにステンレス鋼からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。正極集電体シートの厚さは、例えば1〜30μmであることが好ましい。
(Positive electrode)
The positive electrode has a positive electrode current collector sheet as a first or second current collector sheet and a positive electrode active material layer as a first or second active material layer. A metal film, a metal foil, or the like is used for the positive electrode current collector sheet. The material of the positive electrode current collector sheet is preferably at least one selected from the group consisting of, for example, silver, nickel, palladium, gold, platinum, aluminum, alloys thereof, and stainless steel. The thickness of the positive electrode current collector sheet is preferably 1 to 30 μm, for example.
正極活物質層は、正極活物質および結着剤を含み、必要に応じて導電剤を含む。正極活物質は、特に限定されないが、薄型電池が二次電池である場合には、LiCoO2、LiNiO2のようなリチウム含有複合酸化物を、薄型電池が一次電池である場合には、二酸化マンガン、フッ化カーボン(フッ化黒鉛)、リチウム含有複合酸化物などを用いることができる。正極活物質層の厚みは、例えば1〜300μmであることが好ましい。 The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material and a binder, and includes a conductive agent as necessary. The positive electrode active material is not particularly limited. When the thin battery is a secondary battery, a lithium-containing composite oxide such as LiCoO 2 or LiNiO 2 is used. When the thin battery is a primary battery, manganese dioxide is used. Carbon fluoride (fluorinated graphite), lithium-containing composite oxide, and the like can be used. The thickness of the positive electrode active material layer is preferably 1 to 300 μm, for example.
活物質層に含ませる導電剤には、グラファイト、カーボンブラックなどが用いられる。導電剤の量は、活物質100質量部あたり、例えば0〜20質量部である。活物質層に含ませる結着剤には、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ゴム粒子などが用いられる。結着剤の量は、活物質100質量部あたり、例えば0.5〜15質量部である。 As the conductive agent included in the active material layer, graphite, carbon black, or the like is used. The amount of the conductive agent is, for example, 0 to 20 parts by mass per 100 parts by mass of the active material. As the binder to be included in the active material layer, fluorine resin, acrylic resin, rubber particles, or the like is used. The amount of the binder is, for example, 0.5 to 15 parts by mass per 100 parts by mass of the active material.
(セパレータ)
セパレータとしては、樹脂製の微多孔膜や不織布が好ましく用いられる。セパレータの材料(樹脂)としては、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等)、ポリアミド、ポリアミドイミドなどが好ましい。セパレータの厚さは、例えば8〜30μmである。
(Separator)
As the separator, a resin microporous film or a nonwoven fabric is preferably used. As the material (resin) for the separator, polyolefin (polyethylene, polypropylene, etc.), polyamide, polyamideimide, etc. are preferable. The thickness of the separator is, for example, 8 to 30 μm.
(リード)
負極リードおよび正極リードは、負極集電体シートまたは正極集電体シートにそれぞれ溶接などにより接続される。負極リードとしては、銅リード、銅合金リード、ニッケルリードなどが好ましく用いられる。正極リードとしては、ニッケルリード、アルミニウムリードなどが好ましく用いられる。
(Lead)
The negative electrode lead and the positive electrode lead are connected to the negative electrode current collector sheet or the positive electrode current collector sheet, respectively, by welding or the like. As the negative electrode lead, a copper lead, a copper alloy lead, a nickel lead, or the like is preferably used. As the positive electrode lead, a nickel lead, an aluminum lead or the like is preferably used.
(非水電解質)
薄型電池がリチウムイオン電池である場合、非水電解質としては、リチウム塩と、リチウム塩を溶解させる非水溶媒との混合物が好ましい。リチウム塩としては、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、イミド塩類などが挙げられる。非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどの環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。
(Nonaqueous electrolyte)
When the thin battery is a lithium ion battery, the nonaqueous electrolyte is preferably a mixture of a lithium salt and a nonaqueous solvent that dissolves the lithium salt. Examples of the lithium salt include LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , and imide salts. Non-aqueous solvents include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate and butylene carbonate, chain carbonates such as diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and dimethyl carbonate, and cyclic carboxylic acid esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone. Etc.
電極群に含浸された非水電解質の少なくとも一部は、ゲル電解質を形成していることが好ましい。ゲル電解質は、少なくとも、各活物質層と各セパレータとの界面領域に存在することが好ましい。活物質層とセパレータとの界面領域にゲル電解質が存在することで、電極とセパレータとの接着性が向上する。ゲル電解質は、各活物質層が有する空隙の内部および/または各セパレータの細孔内にも存在することが好ましい。 It is preferable that at least a part of the nonaqueous electrolyte impregnated in the electrode group forms a gel electrolyte. The gel electrolyte is preferably present at least in the interface region between each active material layer and each separator. The presence of the gel electrolyte in the interface region between the active material layer and the separator improves the adhesion between the electrode and the separator. The gel electrolyte is preferably also present in the voids of each active material layer and / or in the pores of each separator.
ゲル電解質は、例えば、非水電解質と、非水電解質で膨潤する樹脂とを含む。非水電解質で膨潤する樹脂としては、フッ化ビニリデン単位を含むフッ素樹脂が好ましい。フッ化ビニリデン単位を含むフッ素樹脂は、非水電解質を保持しやすく、ゲル化し易い。 The gel electrolyte includes, for example, a non-aqueous electrolyte and a resin that swells with the non-aqueous electrolyte. As the resin that swells with the nonaqueous electrolyte, a fluororesin containing a vinylidene fluoride unit is preferable. A fluororesin containing a vinylidene fluoride unit tends to retain a nonaqueous electrolyte and easily gels.
フッ化ビニリデン単位を含むフッ素樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ化ビニリデン(VdF)単位とヘキサフルオロプロピレン(HFP)単位とを含む共重合体(PVdF−HFP)、フッ化ビニリデン(VdF)単位とトリフルオロエチレン(TFE)単位とを含む共重合体などが挙げられる。フッ化ビニリデン単位を含むフッ素樹脂に含まれるフッ化ビニリデン単位の量は、フッ素樹脂が非水電解質で膨潤しやすいように、1モル%以上であることが好ましい。 Examples of the fluororesin containing a vinylidene fluoride unit include polyvinylidene fluoride (PVdF), a copolymer (PVdF-HFP) containing a vinylidene fluoride (VdF) unit and a hexafluoropropylene (HFP) unit, and vinylidene fluoride (VdF). ) Units and trifluoroethylene (TFE) units. The amount of the vinylidene fluoride unit contained in the fluororesin containing the vinylidene fluoride unit is preferably 1 mol% or more so that the fluororesin can easily swell with the nonaqueous electrolyte.
活物質層とセパレータとの界面領域にゲル電解質を配置する場合、例えば、活物質層の表面および/またはセパレータの表面に非水電解質で膨潤する樹脂を、例えば薄膜状に塗布する。その後、活物質層とセパレータとを、樹脂の塗膜を介して積層し、得られた積層体もしくは電極群に、非水電解質を含浸させる。これにより、樹脂が非水電解質で膨湿し、界面領域にゲル電解質が形成される。ゲル電解質にフッ化ビニリデン単位を含むフッ素樹脂を用いる場合、塗膜に含まれる樹脂の量は、活物質層とセパレータとの界面領域の単位表面積あたり(すなわち活物質層またはセパレータの単位表面積あたり)、1〜30g/m2であることが好ましい。 When the gel electrolyte is disposed in the interface region between the active material layer and the separator, for example, a resin that swells with a nonaqueous electrolyte is applied to the surface of the active material layer and / or the surface of the separator, for example, in a thin film shape. Thereafter, the active material layer and the separator are laminated via a resin coating, and the obtained laminate or electrode group is impregnated with a nonaqueous electrolyte. As a result, the resin swells with the non-aqueous electrolyte, and a gel electrolyte is formed in the interface region. When a fluororesin containing a vinylidene fluoride unit is used for the gel electrolyte, the amount of the resin contained in the coating film is per unit surface area of the interface region between the active material layer and the separator (that is, per unit surface area of the active material layer or separator). 1 to 30 g / m 2 is preferable.
外装体は、例えば、水蒸気に対するバリア層およびその両面にそれぞれ形成された樹脂層を具備するラミネートフィルムで形成されている。バリア層に用いられる材料は、特に限定されないが、金属層、セラミックス層などを用いることが好適である。例えば、アルミニウム、チタン、ニッケル、鉄、白金、金、銀などの金属材料や、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムなどのセラミックス材料が好ましい。バリア層の厚さは、例えば、0.01〜50μmであることが好ましい。外装体の内面側に配置される樹脂層の材料は、熱溶着の容易さ、耐電解質性および耐薬品性の観点から、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)などであることが好ましい。内面側の樹脂層の厚さは、10〜100μmであることが好ましい。外装体の外面側に配置される樹脂層は、強度、耐衝撃性および耐薬品性の観点から、6,6−ナイロンのようなポリアミド、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートのようなポリエステルなどが好ましい。外面側の樹脂層の厚さは、5〜100μmであることが好ましい。 The exterior body is formed of, for example, a laminate film including a barrier layer against water vapor and resin layers respectively formed on both sides thereof. The material used for the barrier layer is not particularly limited, but it is preferable to use a metal layer, a ceramic layer, or the like. For example, metal materials such as aluminum, titanium, nickel, iron, platinum, gold, and silver, and ceramic materials such as silicon oxide, magnesium oxide, and aluminum oxide are preferable. The thickness of the barrier layer is preferably 0.01 to 50 μm, for example. The resin layer material disposed on the inner surface side of the outer package is made of polyolefin such as polyethylene and polypropylene, polyethylene terephthalate, polyamide, polyurethane, and polyethylene-acetic acid from the viewpoints of ease of thermal welding, electrolyte resistance, and chemical resistance. A vinyl copolymer (EVA) or the like is preferable. The thickness of the resin layer on the inner surface side is preferably 10 to 100 μm. The resin layer disposed on the outer surface side of the exterior body is made of polyamide such as 6,6-nylon, polyolefin, polyethylene terephthalate, polyester such as polybutylene terephthalate, etc. from the viewpoint of strength, impact resistance and chemical resistance. preferable. The thickness of the resin layer on the outer surface side is preferably 5 to 100 μm.
《実施例1》
以下の手順で、一対の負極と、これらに挟まれた正極とを有する薄型電池を作製した。
(1)負極の作製
負極集電体シートとして、厚さ8μmの電解銅箔を準備した。電解銅箔の一方の表面に、負極合剤スラリーを塗布し、乾燥後、圧延して、負極活物質層を形成し、負極シートを得た。負極合剤スラリーは、負極活物質である黒鉛100質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン(PVdF)8質量部と、適量のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)とを混合して調製した。負極活物質層の厚みは97μmであった。負極シートから5mm×5mmの負極タブを有する47.5mm×18mmサイズの負極を切り出し、負極タブから活物質層を剥がして銅箔を露出させた。その後、一方の負極の負極タブの先端部分に銅製の負極リードを超音波溶接した。
Example 1
In the following procedure, a thin battery having a pair of negative electrodes and a positive electrode sandwiched between them was produced.
(1) Production of negative electrode An electrolytic copper foil having a thickness of 8 μm was prepared as a negative electrode current collector sheet. The negative electrode mixture slurry was applied to one surface of the electrolytic copper foil, dried and rolled to form a negative electrode active material layer, thereby obtaining a negative electrode sheet. The negative electrode mixture slurry was prepared by mixing 100 parts by mass of graphite as a negative electrode active material, 8 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). Prepared. The thickness of the negative electrode active material layer was 97 μm. A negative electrode having a size of 47.5 mm × 18 mm having a negative electrode tab of 5 mm × 5 mm was cut out from the negative electrode sheet, and the active material layer was peeled off from the negative electrode tab to expose the copper foil. Thereafter, a copper negative electrode lead was ultrasonically welded to the tip of the negative electrode tab of one negative electrode.
(2)正極の作製
正極集電体シートとして、厚さ15μmのアルミニウム箔を準備した。アルミニウム箔の両方の表面に、正極合剤スラリーを塗布し、乾燥後、圧延して、正極活物質層を形成し、正極シートを得た。正極合剤スラリーは、正極活物質であるコバルト酸リチウム100質量部と、導電剤であるアセチレンブラック1.2質量部と、結着剤であるPVdF1.2質量部と、適量のNMPとを混合して調製した。正極活物質層の厚み(片面あたり)は54μmであった。正極シートから5mm×5mmのタブを有する45mm×16mmサイズの正極を切り出し、正極タブから活物質層を剥がしてアルミニウム箔を露出させた。その後、正極タブの先端部分にアルミニウム製の正極リードを超音波溶接した。
(2) Production of positive electrode An aluminum foil having a thickness of 15 μm was prepared as a positive electrode current collector sheet. The positive electrode mixture slurry was applied to both surfaces of the aluminum foil, dried and then rolled to form a positive electrode active material layer to obtain a positive electrode sheet. The positive electrode mixture slurry is a mixture of 100 parts by mass of lithium cobalt oxide as a positive electrode active material, 1.2 parts by mass of acetylene black as a conductive agent, 1.2 parts by mass of PVdF as a binder, and an appropriate amount of NMP. Prepared. The thickness (per one surface) of the positive electrode active material layer was 54 μm. A 45 mm × 16 mm positive electrode having a 5 mm × 5 mm tab was cut out from the positive electrode sheet, and the active material layer was peeled off from the positive electrode tab to expose the aluminum foil. Thereafter, an aluminum positive electrode lead was ultrasonically welded to the tip portion of the positive electrode tab.
(3)非水電解質
非水電解質は、エチレンカーボネート(EC)およびジエチルカーボネート(DEC)を主成分とする混合溶媒に、LiPF6を溶解させることにより調製した。
(3) Nonaqueous electrolyte The nonaqueous electrolyte was prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) as main components.
(4)薄型電池の組み立て
上記混合溶媒100重量部に対し、PVdFを5重量部溶解してポリマー溶液を調製した。得られたポリマー溶液を49mm×18mmサイズの微多孔性ポリエチレンフィルム(厚さ9μm)からなるセパレータの両面に塗布した後、溶媒を揮散させ、PVdF膜を形成した。塗布されたPVdF量は15g/m2であった。その後、負極活物質層と正極活物質層とが互いに向かい合うように、一対の負極の間にセパレータを介して正極を配置し、電極群を形成した。
(4) Assembly of thin battery 5 parts by weight of PVdF was dissolved in 100 parts by weight of the mixed solvent to prepare a polymer solution. The obtained polymer solution was applied to both sides of a separator composed of a 49 mm × 18 mm microporous polyethylene film (thickness 9 μm), and then the solvent was stripped to form a PVdF film. The amount of PVdF applied was 15 g / m 2 . Thereafter, the positive electrode was disposed between the pair of negative electrodes via a separator so that the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer faced each other, thereby forming an electrode group.
(5)外装体の作製と電池の組み立て
外装体の素材として、アルミニウム箔のバリア層、ポリプロピレン内層およびナイロン外層を有するラミネートフィルム材(厚さ73μm)を用いて、以下の要領で封筒状の外装体を形成した。まず、ラミネートフィルム材を29mm×120mmの矩形に切り出し、長手方向の中央で二つ折りにした。
(5) Fabrication of exterior body and battery assembly As a material for the exterior body, a laminate film material (thickness: 73 μm) having an aluminum foil barrier layer, a polypropylene inner layer, and a nylon outer layer is used. Formed body. First, the laminate film material was cut into a rectangle of 29 mm × 120 mm and folded in half at the center in the longitudinal direction.
次に、ラミネートフィルム材の第1部位108Aに対応する部位に、高さ(ha)100μm、ピッチ(Pa)0.9mmの折り目と平行な縞状の複数の第1線状凸部108aをプレス加工により形成した。
Next, a plurality of striped first
次に、ラミネートフィルム材の第2部位108Bに対応する部位に、高さ(hb)250μm、ピッチ(Pb)0.9mmの折り目と平行な5本の第2線状凸部108bをプレス加工により形成した。
Next, five second
次に、第1線状凸部108aと第2線状凸部108bとが形成された二つ折りのラミネートフィルム材で電極群103を挟み込み、折り目の反対側から電極群103の各リードを導出させた。次に、折り目と交わる二辺の接合代を溶着させて、電極群103を収容した状態の封筒状の外装体108を成形した。次に、封筒状の外装体108の開口端部と重なる各リードの部位をシール材(熱可塑性樹脂)130で包囲した後、開口から非水電解質を注液し、−650mmHgの減圧下で開口端部(封止代)を熱溶着した。その後、薄型電池を45℃環境下でエージングし、電極群全体に非水電解質を含浸させた。最後に0.25MPaの圧力で30秒間、電池を25℃でプレスし、厚さ0.8mmの電池A1を作製した。電池A1において、第2線状凸部108bの頂部は、第1部位の最外部(第1線状凸部108aの頂部)より中央寄りに位置しており、電極群の厚さ方向における第1部位の最外部(ラインLa)と第2線状凸部108bの頂部(ラインLA)との高低差(間隔)Δhは50μmであった。
Next, the
[評価]
(初期の電池容量)
25℃の環境下で、電池Aに対して以下の充放電を行い、初期容量(C0)を求めた。ただし、電池A1の設計容量を1C(mAh)とする。
(1)定電流充電:0.2CmA(終止電圧4.2V)
(2)定電圧充電:4.35V(終止電流0.05CmA)
(3)定電流放電:0.5CmA(終止電圧2.5V)
[Evaluation]
(Initial battery capacity)
Under the environment of 25 ° C., the battery A was charged and discharged as follows to determine the initial capacity (C 0 ). However, the design capacity of the battery A1 is 1C (mAh).
(1) Constant current charging: 0.2 CmA (end voltage 4.2 V)
(2) Constant voltage charging: 4.35 V (end current 0.05 CmA)
(3) Constant current discharge: 0.5 CmA (end voltage 2.5 V)
(屈曲試験後の容量維持率)
伸縮可能な一対の固定部材を水平に対向配置し、各固定部材に放電状態の電池A1を張り付けて固定した。そして、25℃の環境下で、電池の曲率半径がR30mmになるように固定部材の両端距離を縮めた後、再び、固定部材の両端を元に戻し、電池をフラットな状態に戻した。この操作を1000回繰り返した後に、電池の表裏を入れ替え、電池の反対面に対して1000回の屈曲を行った。
その後、薄型電池に対して、上記と同じ条件で充放電を行い、屈曲試験後の放電容量(Cx)を求めた。得られた放電容量Cxと初期容量C0から、以下の式より容量維持率を求めた。
屈曲試験後の容量維持率(%)=(Cx/C0)×100
(Capacity maintenance rate after bending test)
A pair of expandable and contractible fixing members were horizontally opposed to each other, and a battery A1 in a discharged state was attached to each fixing member and fixed. Then, in an environment of 25 ° C., the distance between both ends of the fixing member was shortened so that the curvature radius of the battery became R30 mm, and then both ends of the fixing member were returned to the original state to return the battery to a flat state. After repeating this operation 1000 times, the front and back of the battery were exchanged, and bending was performed 1000 times on the opposite surface of the battery.
Thereafter, the thin battery was charged and discharged under the same conditions as described above, and the discharge capacity (C x ) after the bending test was obtained. From the obtained discharge capacity C x and initial capacity C 0 , the capacity retention rate was obtained from the following equation.
Capacity retention ratio after bending test (%) = (C x / C 0 ) × 100
10個の電池A1を作製して、それぞれに同様の試験を行い、容量維持率の平均値を求めた。結果を表1に示す。また、電極群の厚さが変化する段差部位に外装体の亀裂または凸形状の膨らみ(皺)が生じた不良電池の数を目視で確認した。 Ten batteries A1 were produced, and the same test was performed on each of them to determine the average value of the capacity retention rate. The results are shown in Table 1. In addition, the number of defective batteries in which cracks in the outer package or convex bulges (外 装) occurred in the stepped portion where the thickness of the electrode group changed was visually confirmed.
《実施例2》
ラミネートフィルム材の第1部位108Aに対応する部位に、第1線状凸部を形成しなかったこと以外、実施例1と同様に、10個の電池A2を作製し、評価した。結果を表1に示す。
Example 2
Ten batteries A2 were produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the first linear protrusion was not formed at the site corresponding to the
《比較例1》
ラミネートフィルム材の第2部位108Bに対応する部位に、第2線状凸部を形成しなかったこと以外、実施例1と同様に、10個の電池B1を作製し、評価した。結果を表1に示す。
<< Comparative Example 1 >>
Ten batteries B1 were produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the second linear protrusion was not formed in the portion corresponding to the
表1に示すように、実施例1、2では高い容量維持率が得られ、かつ不良電池は発生しなかったのに対し、比較例1では4個の不良電池が発生し、そのため容量維持率も低下した。 As shown in Table 1, in Examples 1 and 2, a high capacity retention rate was obtained and no defective battery was generated, whereas in Comparative Example 1, four defective batteries were generated. Also declined.
《実施例3》
以下の手順で、3つの負極と、2つの正極とを有する薄型電池を作製した。
(1)負極の作製
実施例1と同様にして、5mm×5mmの負極タブを有する47.5mm×18mmサイズの片面負極を作製した。また、実施例1と同様の負極集電体シートと負極合剤スラリーを用いて、同様の方法で、厚み97μmの負極活物質層を両面に有する両面負極を作製した。準備した3つの負極のうち、1つの片面負極のタブの先端部分に、銅製の負極リードを超音波溶接した。
Example 3
A thin battery having three negative electrodes and two positive electrodes was produced by the following procedure.
(1) Production of negative electrode A single-sided negative electrode having a size of 47.5 mm x 18 mm having a negative electrode tab of 5 mm x 5 mm was produced in the same manner as in Example 1. Moreover, the double-sided negative electrode which has the negative electrode active material layer of 97 micrometers in thickness on both surfaces was produced with the same method using the negative electrode collector sheet and negative electrode mixture slurry similar to Example 1. Of the prepared three negative electrodes, a copper negative electrode lead was ultrasonically welded to the tip of one single-sided negative electrode tab.
(2)正極の作製
実施例1と同様にして、二つの正極を作製し、一方の正極の正極タブの先端部分にアルミニウム製の正極リードを超音波溶接した。
(2) Production of positive electrode In the same manner as in Example 1, two positive electrodes were produced, and an aluminum positive electrode lead was ultrasonically welded to the tip portion of the positive electrode tab of one positive electrode.
(3)薄型電池の組み立て
一対の片面負極を最外層に配置して、2つの正極と3つの負極とをセパレータを介して交互に積層して、電極群を形成した。
(3) Assembly of thin battery A pair of single-sided negative electrodes were arranged in the outermost layer, and two positive electrodes and three negative electrodes were alternately stacked via a separator to form an electrode group.
(4)外装体の作製と電池の組み立て
実施例1と同じ素材を用いて、以下の要領で封筒状の外装体を形成した。まず、ラミネートフィルム材を29mm×120mmの矩形に切り出し、長手方向の中央で二つ折りにした。
(4) Production of exterior body and assembly of battery Using the same material as in Example 1, an envelope-shaped exterior body was formed in the following manner. First, the laminate film material was cut into a rectangle of 29 mm × 120 mm and folded in half at the center in the longitudinal direction.
次に、ラミネートフィルム材の第1部位108Aに対応する部位に、高さ(ha)200μm、ピッチ(Pa)0.9mmの折り目と平行な縞状の複数の第1線状凸部108aをプレス加工により形成した。
Next, a plurality of striped first
次に、ラミネートフィルム材の第2部位108Bに対応する部位に、高さ(hb)500μm、ピッチ(Pb)0.9mmの折り目と平行な5本の第2線状凸部108bをプレス加工により形成した。
Next, five second
次に、実施例1と同様に、電極群103を収容した状態の封筒状の外装体108を成形し、各リードの部位をシール材130で包囲した後、開口から非水電解質を注液し、−650mmHgの減圧下で開口端部(封止代)を熱溶着した。その後、薄型電池を45℃環境下でエージングし、電極群全体に非水電解質を含浸させた。最後に0.25MPaの圧力で30秒間、電池を25℃でプレスし、厚さ1.5mmの電池A3を作製した。電池A3において、第2線状凸部108bの頂部は、第1部位の最外部(第1線状凸部108aの頂部)より中央寄りに位置しており、電極群の厚さ方向における第1部位の最外部(ラインLa)と第2線状凸部108bの頂部(ラインLA)との高低差(間隔)Δhは100μmであった。電池A3について、上記と同様の評価を行なった。結果を表2に示す。
Next, in the same manner as in Example 1, an envelope-shaped
《実施例4》
ラミネートフィルム材の第1部位108Aに対応する部位に、第1線状凸部を形成しなかったこと以外、実施例3と同様に、10個の電池A4を作製し、評価した。結果を表2に示す。
Example 4
Ten batteries A4 were produced and evaluated in the same manner as in Example 3 except that the first linear protrusion was not formed in the portion corresponding to the
《比較例2》
ラミネートフィルム材の第2部位108Bに対応する部位に、第2線状凸部を形成しなかったこと以外、実施例3と同様に、10個の電池B2を作製し、評価した。結果を表2に示す。
<< Comparative Example 2 >>
Ten batteries B2 were produced and evaluated in the same manner as in Example 3 except that the second linear protrusion was not formed in the portion corresponding to the
表2に示すように、実施例3、4では高い容量維持率が得られ、かつ不良電池は発生しなかったのに対し、比較例2では5個の不良電池が発生し、そのため容量維持率も低下した。 As shown in Table 2, in Examples 3 and 4, a high capacity retention rate was obtained and no defective battery was generated, whereas in Comparative Example 2, five defective batteries were generated, and therefore the capacity retention rate was Also declined.
本発明の薄型電池は、例えば、生体貼付型装置もしくはウェアラブル携帯端末のような小型の電子機器への使用に適している。 The thin battery of the present invention is suitable for use in a small electronic device such as a biological sticking device or a wearable portable terminal.
100,100X,100Y:薄型電池、103:電極群、107:セパレータ、108:外装体、108A:第1部位、108B:第2部位、108a:第1線状凸部、108b:第2線状凸部、110:第1電極、111:第1集電体シート、112:第1活物質層、113:第1リード、114:第1タブ、120:第2電極、121:第2集電体シート、122:第2活物質層、123:第2リード、124:第2タブ、124A:集合タブ、130:シール材、131:スペーサ 100, 100X, 100Y: thin battery, 103: electrode group, 107: separator, 108: exterior body, 108A: first part, 108B: second part, 108a: first linear protrusion, 108b: second linear Convex part, 110: first electrode, 111: first current collector sheet, 112: first active material layer, 113: first lead, 114: first tab, 120: second electrode, 121: second current collector Body sheet, 122: second active material layer, 123: second lead, 124: second tab, 124A: assembly tab, 130: sealing material, 131: spacer
Claims (6)
前記電極群は、
シート状の第1電極と、
シート状の第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に配置されているセパレータと、
を具備し、
前記第1電極は、第1集電体シートおよび前記第1集電体シートに付着した第1活物質層を含み、
前記第2電極は、第2集電体シートおよび前記第2集電体シートに付着した第2活物質層を含み、
前記第1集電体シートは、前記第1集電体シートの一辺の一部から第1方向に延在する第1タブを含み、前記第1タブに前記外装体の外部に引き出される第1リードが接続されており、
前記第2集電体シートは、前記第2集電体シートの一辺の一部から前記第1方向に延在する第2タブを含み、前記第2タブに前記外装体の外部に引き出される第2リードが接続されており、
前記外装体は、前記第1リードおよび前記第2リードを挟持する封止代を有し、
前記外装体は、前記第1活物質層および前記第2活物質層と対向する第1部位と、前記第1部位と前記封止代との間の第2部位と、を有し、
前記第1部位が、平坦面を有するか、または前記第1方向と交わる複数の縞状の第1線状凸部を有し、
前記第2部位が、前記第1方向と交わる少なくとも1つの第2線状凸部を有し、前記第1線状凸部の高さよりも前記第2線状凸部の高さが大きい、薄型電池。 A sheet-like electrode group, a non-aqueous electrolyte impregnated in the electrode group, and an exterior body that hermetically stores the electrode group and the non-aqueous electrolyte,
The electrode group includes:
A sheet-like first electrode;
A sheet-like second electrode;
A separator disposed between the first electrode and the second electrode;
Comprising
The first electrode includes a first current collector sheet and a first active material layer attached to the first current collector sheet,
The second electrode includes a second current collector sheet and a second active material layer attached to the second current collector sheet,
The first current collector sheet includes a first tab extending in a first direction from a part of one side of the first current collector sheet, and is drawn to the outside of the exterior body by the first tab. The lead is connected,
The second current collector sheet includes a second tab extending in a first direction from a part of one side of the second current collector sheet, and the second current collector sheet is pulled out of the exterior body by the second tab. 2 leads are connected,
The exterior body has a sealing margin for sandwiching the first lead and the second lead,
The exterior body includes a first part facing the first active material layer and the second active material layer, and a second part between the first part and the sealing allowance,
The first part has a flat surface or has a plurality of striped first linear protrusions intersecting the first direction,
The second portion has at least one second linear convex portion that intersects the first direction, and the height of the second linear convex portion is greater than the height of the first linear convex portion. battery.
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